JP2021144587A - Robot control system and control method - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、ロボット制御システムおよび制御方法に関する。 The present technology relates to robot control systems and control methods.
従来より、FA(Factory Automation)分野においては、ロボットが様々なアプリケーションに用いられている。このようなロボットは、ロボットコントローラが所定のプログラムを実行することで、制御に必要な指令などが順次生成される。 Conventionally, in the field of FA (Factory Automation), robots have been used for various applications. In such a robot, commands and the like required for control are sequentially generated by the robot controller executing a predetermined program.
例えば、特開2018−196908号公報(特許文献1)は、ロボット言語を習得することなく、ロボットを使用した自動化設備を低コストで構築する構成を開示する。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2018-196908 (Patent Document 1) discloses a configuration for constructing an automation facility using a robot at low cost without learning a robot language.
実際の生産設備においては、複数のロボットが配置されることも多い。上述の先行技術文献に示される構成は、複数のロボットが配置される場合については、何ら想定していない。 In actual production equipment, a plurality of robots are often arranged. The configuration shown in the above prior art document does not assume any case where a plurality of robots are arranged.
本技術は、1または複数のロボットを含む生産設備に適したロボット制御システムを提供することを目的とする。 An object of the present technology is to provide a robot control system suitable for a production facility including one or a plurality of robots.
本技術のある実施の形態に係るロボット制御システムは、第1の通信部を有する第1の制御装置と、第1の制御装置とネットワーク接続された、1または複数の第2の制御装置とを含む。第2の制御装置の各々は、各々に割り当てられたネットワークの通信リソースを用いて、第1の制御装置の第1の通信部との間でデータを遣り取りする第2の通信部と、第1の制御装置からのコマンドに従って、ロボットを駆動するための指令値を順次生成する指令値生成部とを含む。ロボット制御システムは、第2の制御装置の各々に通信リソースを割り当てる通信リソース設定部を含む。 A robot control system according to an embodiment of the present technology comprises a first control device having a first communication unit and one or more second control devices network-connected to the first control device. include. Each of the second control devices uses the communication resources of the network assigned to each of the second control devices to exchange data with the first communication unit of the first control device, and the second communication unit and the first communication unit. It includes a command value generation unit that sequentially generates command values for driving the robot according to a command from the control device of. The robot control system includes a communication resource setting unit that allocates communication resources to each of the second control devices.
この構成によれば、通信リソース設定部により第2の制御装置の各々に通信リソースを適切に割り当てることにより、複数の第2の制御装置がネットワーク接続された場合でも、制御性能を維持することができる。 According to this configuration, the communication resource setting unit appropriately allocates communication resources to each of the second control devices, so that the control performance can be maintained even when a plurality of second control devices are connected to the network. can.
通信リソース設定部は、予め定められた割り当て設定に従って、第2の制御装置の各々に割り当てる通信リソースを決定するようにしてもよい。この構成によれば、接続される第2の制御装置に応じて予め定められた割り当て設定を用いることで、適切な通信リソースの設定を確実に行うことができる。 The communication resource setting unit may determine the communication resource to be allocated to each of the second control devices according to the predetermined allocation setting. According to this configuration, it is possible to surely set an appropriate communication resource by using a predetermined allocation setting according to the second control device to be connected.
通信リソース設定部は、第1の制御装置とネットワーク接続された第2の制御装置の数に応じて、第2の制御装置の各々に割り当てる通信リソースを決定するようにしてもよい。この構成によれば、ネットワークの伝送容量の制限を考慮して、第2の制御装置の各々に通信リソースを適切に割り当てることができる。 The communication resource setting unit may determine the communication resource to be allocated to each of the second control devices according to the number of the second control devices connected to the network with the first control device. According to this configuration, communication resources can be appropriately allocated to each of the second control devices in consideration of the limitation of the transmission capacity of the network.
通信リソース設定部は、1または複数の第2の制御装置のうち少なくとも1つの動作状態に応じて、第2の制御装置の各々に割り当てる通信リソースを決定するようにしてもよい。この構成によれば、第2の制御装置のうちより多くの通信リソースが必要な第2の制御装置に対して動的に通信リソースを割り与えることができる。 The communication resource setting unit may determine the communication resource to be allocated to each of the second control devices according to the operating state of at least one of the one or a plurality of second control devices. According to this configuration, communication resources can be dynamically allocated to the second control device that requires more communication resources among the second control devices.
通信リソース設定部は、第1の制御装置の第1の通信部に実装されてもよい。この構成によれば、第1の制御装置の第1の通信部により、統括して通信リソースを割り当てることができる。 The communication resource setting unit may be mounted on the first communication unit of the first control device. According to this configuration, the communication resource can be collectively allocated by the first communication unit of the first control device.
第2の制御装置の第2の通信部は、ロボットの駆動に係る状態値を第1の制御装置へ送信するようにしてもよい。この構成によれば、制御装置は、それぞれの第2の制御装置からロボットの駆動に係る状態値を収集できる。 The second communication unit of the second control device may transmit the state value related to the driving of the robot to the first control device. According to this configuration, the control device can collect the state value related to the driving of the robot from each of the second control devices.
ロボット制御システムは、ユーザ操作に応じて、通信リソース設定部による通信リソースの割り当てに係る設定を決定するための外部装置をさらに含んでいてもよい。この構成によれば、ユーザに対して通信リソースの割り当てなどを支援することができる。 The robot control system may further include an external device for determining the setting related to the allocation of the communication resource by the communication resource setting unit according to the user operation. According to this configuration, it is possible to support the allocation of communication resources to the user.
通信リソース設定部は、ネットワーク上を伝送する通信フレームの長さを異ならせることで、通信リソースの大きさを調整するようにしてもよい。また、通信リソース設定部は、ネットワーク上を伝送する通信フレームの通信周期を異ならせることで、通信リソースの大きさを調整するようにしてもよい。 The communication resource setting unit may adjust the size of the communication resource by making the length of the communication frame transmitted on the network different. Further, the communication resource setting unit may adjust the size of the communication resource by changing the communication cycle of the communication frame transmitted on the network.
これらの構成によれば、ネットワークの伝送容量の制限を考慮して、第2の制御装置の各々に通信リソースを適切に割り当てることができる。 According to these configurations, communication resources can be appropriately allocated to each of the second control devices in consideration of the limitation of the transmission capacity of the network.
本技術の別の実施の形態に係る制御方法は、第1の通信部を有する第1の制御装置と、第1の制御装置とネットワーク接続された、1または複数の第2の制御装置とを備えたロボット制御システムに向けられる。制御方法は、第2の制御装置の各々にネットワークの通信リソースを割り当てるステップと、第2の制御装置の各々が、各々に割り当てられた通信リソースを用いて、第1の制御装置との間でデータを遣り取りするステップと、第2の制御装置の各々が、第1の制御装置からのコマンドに従って、ロボットを駆動するための指令値を順次生成するステップとを含む。 A control method according to another embodiment of the present technology comprises a first control device having a first communication unit and one or more second control devices network-connected to the first control device. Aimed at the equipped robot control system. The control method is a step of allocating the communication resources of the network to each of the second control devices, and using the communication resources assigned to each of the second control devices, between the first control device and the first control device. It includes a step of exchanging data and a step in which each of the second control devices sequentially generates a command value for driving the robot according to a command from the first control device.
本技術によれば、1または複数のロボットを含む生産設備に適したロボット制御システムを実現できる。 According to this technology, it is possible to realize a robot control system suitable for a production facility including one or a plurality of robots.
本技術の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Embodiments of the present technology will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
<A.適用例>
まず、本技術が適用される場面の一例について説明する。図1は、本実施の形態に係るロボット制御システム1の概略を示す模式図である。
<A. Application example>
First, an example of a situation in which the present technology is applied will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of the
図1を参照して、ロボット制御システム1は、制御装置100(第1の制御装置)と、フィールドネットワーク20を介して制御装置100とネットワーク接続された、1または複数のロボットコントローラ250(第2の制御装置)とを含む。ロボットコントローラ250の各々は、ロボットを制御するための指令値を出力する。
With reference to FIG. 1, the
以下の説明では、主としてロボットを制御するロボット制御システム1の構成例を示すが、ロボット制御システム1の制御対象はロボットに限られるものではない。例えば、制御装置100は、ロボットに加えて、ロボットを含む生産設備を構成する様々な装置や機械を制御することができる。さらに、制御装置100は、ロボットの動作を監視するセーフティコントローラと連係してもよい。すなわち、本明細書において、「ロボット制御システム」との用語は、ロボットを制御する機能を有しているシステムという意味で用いられ、ロボット以外を制御することを排除するものではない。
In the following description, a configuration example of the
制御装置100は、後述するロボットプログラムを実行することで、ロボットの挙動を指示するコマンド146をロボットコントローラ250毎にそれぞれ生成する。
The
データを遣り取りするための構成として、制御装置100は、通信部101(後述する、フィールドネットワークコントローラ108、通信制御モジュール160、通信ドライバ162などで構成)を有しており、ロボットコントローラ250の各々は、通信部251(後述する、フィールドネットワークコントローラ252、通信制御モジュール280、通信ドライバ282などで構成)を有している。
As a configuration for exchanging data, the
制御装置100と、1または複数のロボットコントローラ250との間は、典型的には、通信フレーム40を介してデータを遣り取りする。通信フレーム40には、ロボットコントローラ250毎に通信リソース42が割り当てられている。ロボットコントローラ250の通信部251は、各々に割り当てられた通信リソース42を用いて、制御装置100の通信部101との間でデータを遣り取りする。
Data is typically exchanged between the
本明細書において、「通信リソース」は、ネットワーク(伝送路)を通じてデータを送受信できる容量を意味する。「通信リソース」は、ネットワーク上に存在する搬送波の周波数、ネットワーク上で転送される通信フレームの長さおよび周期、ならびに、時分割の時間幅などによって決定される。以下の説明においては、典型例として、所定のデータサイズを有する通信フレーム40がフィールドネットワーク20を循環する構成を前提として、通信フレーム40が有してるデータサイズを分割してそれぞれの割当先に対応付けることで、通信リソースの割り当てを実現する。但し、このような通信フレーム40のデータサイズを分割する方法だけではなく、各割当先に設定される通信時間あるいは通信頻度、または、各割当先に割り当てられる周波数幅などを制御することで、通信リソースを割り当てるようにしてもよい。さらに、公知の任意の方法を用いて通信リソースの割り当てを実現してもよい。
In the present specification, "communication resource" means a capacity capable of transmitting and receiving data through a network (transmission line). The "communication resource" is determined by the frequency of the carrier wave existing on the network, the length and period of the communication frame transferred on the network, the time division time width, and the like. In the following description, as a typical example, assuming a configuration in which a
典型的には、ロボットコントローラ250の各々は、通信フレーム40に含まれる自身に割り当てられた通信リソース42に格納されているコマンド146などの情報を参照することで、各種処理を実行する。ロボットコントローラ250で実行される処理は、制御装置100からのコマンド146に従って、ロボットを駆動するための指令値を順次生成する処理を含む。より具体的には、ロボットコントローラ250の指令値生成モジュール290が指令値を順次生成する。指令値は、ロボットの各軸を駆動するための制御情報である。
Typically, each of the
なお、ロボットの軸は、関節(ジョイント)を構成することもあるので、以下の説明では、ロボットの「軸または関節」とも称す。すなわち、本明細書において、ロボットの「軸」との用語は、軸および関節を含む意味で用いられる。 Since the axis of the robot may form a joint, it is also referred to as the "axis or joint" of the robot in the following description. That is, in the present specification, the term "axis" of a robot is used to include an axis and a joint.
図1に示すように、ロボット制御システム1は、制御装置100と1または複数のロボットコントローラ250との間でデータを遣り取りするために用いられるフィールドネットワーク20の通信リソース42を設定する通信リソース設定機能30を有している。典型的には、通信リソース設定機能30は、ロボットコントローラ250の各々に通信リソース42を割り当てる。
As shown in FIG. 1, the
通信リソース設定機能30により通信リソース42の割り当てを最適化することによって、フィールドネットワーク20に複数のロボットコントローラ250が接続された場合であっても、フィールドネットワーク20を介したデータ通信を維持できる。
By optimizing the allocation of the
これによって、1つの制御装置100が複数のロボットコントローラ250を制御することも可能となり、ロボット制御システム1全体としてのコストを低減できる。
As a result, one
また、制御装置100はコマンド146を生成すればよく、各ロボットコントローラ250がロボットに対して出力する指令値を演算するので、ロボットの台数が増加しても、制御装置100の処理負荷の増大を抑制できる。
Further, the
<B.システム構成例>
次に、本実施の形態に係るロボット制御システム1の構成例について説明する。
<B. System configuration example>
Next, a configuration example of the
図2は、本実施の形態に係るロボット制御システム1の構成例を示す模式図である。図2を参照して、本実施の形態に係るロボット制御システム1は、制御装置100と、フィールドネットワーク20を介して制御装置100と接続された、1または複数のロボット200を含む。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration example of the
ロボット200の各々は、ロボットコントローラ250により挙動が制御される。ロボットコントローラ250は、制御装置100とネットワーク接続され、ロボット200を制御する。より具体的には、ロボットコントローラ250は、制御装置100からの指令(後述するコマンド146)に従って、ロボット200を制御するための指令値を出力する。ロボット200としては、アプリケーションに応じて任意に作成される1または複数の軸または関節を有するカスタムロボット200Aが用いられてもよい。さらに、ロボット200としては、水平多関節(スカラ)ロボット、垂直多関節ロボット、パラレルリンクロボット、直交ロボットなどの任意の汎用ロボット200Bが用いられてもよい。
The behavior of each of the
フィールドネットワーク20には、I/Oユニット、セーフティI/Oユニット、セーフティコントローラなどの任意のデバイスが接続されてもよい。図2に示す構成例においては、フィールドネットワーク20には、ロボット200を操作するための操作ペンダント300が接続されている。
Any device such as an I / O unit, a safety I / O unit, and a safety controller may be connected to the
フィールドネットワーク20には、産業用ネットワーク用のプロトコルである、EtherCAT(登録商標)やEtherNet/IPなどを用いることができる。フィールドネットワーク20に接続されるデバイス(制御装置100、ロボットコントローラ250、操作ペンダント300など)は、同期したデータ通信を実現するためのカウンタ109,253,353を有している。カウンタ109,253,353の詳細については、後述する。
For the
制御装置100は、上位ネットワーク12を介して、サポート装置400と、表示装置500と、サーバ装置600とに接続されてもよい。上位ネットワーク12には、産業用ネットワーク用のプロトコルであるやEtherNet/IPなどを用いることができる。
The
<C.ハードウェア構成例>
次に、図2に示すロボット制御システム1を構成する主要装置のハードウェア構成例について説明する。
<C. Hardware configuration example>
Next, a hardware configuration example of the main device constituting the
(c1:制御装置100)
図3は、本実施の形態に係るロボット制御システム1を構成する制御装置100のハードウェア構成例を示す模式図である。図3を参照して、制御装置100は、プロセッサ102と、メインメモリ104と、ストレージ110と、メモリカードインターフェイス112と、上位ネットワークコントローラ106と、フィールドネットワークコントローラ108と、ローカルバスコントローラ116と、USB(Universal Serial Bus)インターフェイスを提供するUSBコントローラ120とを含む。これらのコンポーネントは、プロセッサバス118を介して接続されている。
(C1: Control device 100)
FIG. 3 is a schematic diagram showing a hardware configuration example of the
プロセッサ102は、制御演算を実行する演算処理部に相当し、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などで構成される。具体的には、プロセッサ102は、ストレージ110に格納されたプログラムを読み出して、メインメモリ104に展開して実行することで、制御対象に対する制御演算を実現する。
The
メインメモリ104は、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やSRAM(Static Random Access Memory)などの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ110は、例えば、SSD(Solid State Drive)やHDD(Hard Disk Drive)などの不揮発性記憶装置などで構成される。
The
ストレージ110には、基本的な機能を実現するためのシステムプログラム1102、および、制御対象に応じて作成されたIECプログラム1104などが格納される。IECプログラム1104は、シーケンス命令および/またはモーション命令を含み得る。
The
本明細書において、「IECプログラム」は、一般的なPLC(プログラマブルロジックコントローラ)で実行される処理を規定するプログラムという意味で用いられる。典型的には、IECプログラムは、国際電気標準会議(IEC:International Electrotechnical Commission)が定めるIEC61131−3で規定されるいずれかの言語で記述されるプログラムを意味する。但し、IECプログラムは、IEC61131−3で規定される言語以外のメーカ独自言語で記述されるプログラムを包含し得る。 In the present specification, the "IEC program" is used to mean a program that defines a process executed by a general PLC (programmable logic controller). Typically, the IEC program means a program written in any language defined by IEC 61131-3 defined by the International Electrotechnical Commission (IEC). However, the IEC program may include a program written in a manufacturer's own language other than the language specified in IEC61131-3.
ストレージ110には、ロボット200の挙動を制御するためのロボットプログラム1108および設定情報1106がさらに格納されてもよい。ロボットプログラム1108は、後述するように、所定のプログラミング言語(例えば、V+言語などのロボット制御用プログラミング言語やGコードなどのNC制御に係るプログラミング言語)で記述されてもよい。
The
設定情報1106は、フィールドネットワーク20に関する各種設定、および、ロボット200に対する各種設定値(例えば、速度制限値、加速度制限値、ジャーク制限値など)を含む。
The setting
メモリカードインターフェイス112は、着脱可能な記憶媒体の一例であるメモリカード114を受け付ける。メモリカードインターフェイス112は、メモリカード114に対して任意のデータの読み書きが可能になっている。
The
上位ネットワークコントローラ106は、上位ネットワークを介して、任意の情報処理装置(図2に示されるサポート装置400、表示装置500、サーバ装置600など)との間でデータを遣り取りする。
The
フィールドネットワークコントローラ108は、フィールドネットワーク20を介して、ロボット200などの任意のデバイスとの間でデータを遣り取りする。図2に示すシステム構成例において、フィールドネットワークコントローラ108は、フィールドネットワーク20の通信マスタとして機能してもよい。フィールドネットワークコントローラ108は、フィールドネットワーク20に接続されたデバイス間で同期状態に維持されるカウンタ109を有している。フィールドネットワークコントローラ108は、カウンタ109に基づいて、後述する通信フレーム40の送出タイミングなどを管理する。
The
ローカルバスコントローラ116は、ローカルバス122を介して、制御装置100を構成する任意の機能ユニット130との間でデータを遣り取りする。機能ユニット130は、例えば、アナログ信号の入力および/または出力を担当するアナログI/Oユニット、デジタル信号の入力および/または出力を担当するデジタルI/Oユニット、エンコーダなどからのパルスを受け付けるカウンタユニットなどからなる。
The
USBコントローラ120は、USB接続を介して、任意の情報処理装置との間でデータを遣り取りする。
The
制御装置100が提供するロボット200の制御に係る機能については、後述する。
(c2:ロボット200およびロボットコントローラ250)
図4は、本実施の形態に係るロボット制御システム1を構成するロボット200のハードウェア構成例を示す模式図である。図4には、ロボット200としてカスタムロボット200Aを採用した場合の構成例を示す。
The functions related to the control of the
(C2:
FIG. 4 is a schematic diagram showing a hardware configuration example of the
図4を参照して、カスタムロボット200Aは、ロボットコントローラ250に接続されている。なお、カスタムロボット200Aとロボットコントローラ250とは、一体的に構成されてもよいし、別体として構成されてもよい。
With reference to FIG. 4, the
カスタムロボット200Aは、軸または関節の数に応じたドライブ回路220と、ドライブ回路220により駆動されるモータ230とを含む。ドライブ回路220の各々は、コンバータ回路およびインバータ回路などを含み、ロボットコントローラ250からの指令値に従って指定された電圧・電流・位相の電力を生成して、モータ230へ供給する。
The
モータ230の各々は、カスタムロボット200Aを構成するアーム部210のいずれかの軸または関節と機械的に結合されており、モータ230の回転によって対応する軸または関節を駆動するアクチュエータである。
Each of the
モータ230としては、駆動するアーム部210に応じた特性のモータを採用できる。例えば、モータ230として、誘導型モータ、同期型モータ、永久磁石型モータ、リラクタンスモータのいずれを採用してもよいし、回転型だけではなく、リニアモータを採用してもよい。駆動対象のモータ230に応じたドライブ回路220が採用される。
As the
ロボットコントローラ250は、フィールドネットワークコントローラ252と、制御処理回路260とを含む。
The
フィールドネットワークコントローラ252は、各々に割り当てられたフィールドネットワーク20の通信リソースを用いて、制御装置100のフィールドネットワークコントローラ108などの通信部との間でデータを遣り取りする。フィールドネットワークコントローラ252は、フィールドネットワーク20に接続されたデバイス間で同期状態に維持されるカウンタ253を有している。フィールドネットワークコントローラ252は、通信マスタとして機能する制御装置100に従って動作する、フィールドネットワーク20の通信スレーブとして機能してもよい。
The
制御処理回路260は、カスタムロボット200Aを駆動するために必要な演算処理を実行する。一例として、制御処理回路260は、プロセッサ262と、メインメモリ266と、ストレージ270と、インターフェイス回路268とを含む。
The
プロセッサ262は、カスタムロボット200Aを駆動するための制御演算を実行する。メインメモリ266は、例えば、DRAMやSRAMなどの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ270は、例えば、SSDやHDDなどの不揮発性記憶装置などで構成される。
The
ストレージ270には、ロボット200を駆動するための制御を実現するためのロボットシステムプログラム2702、および、ロボットコントローラ250での処理に必要な設定パラメータ群を含む設定情報2704が格納される。
The
インターフェイス回路268は、それぞれのドライブ回路220に対して、それぞれ指令値を与える。インターフェイス回路268とドライブ回路220との間は、ハードワイヤーで電気的に接続されていてもよいし、データリンクで接続されていてもよい。
The
図5は、本実施の形態に係るロボット制御システム1を構成するロボット200の別のハードウェア構成例を示す模式図である。図5には、ロボット200として汎用ロボット200Bを採用した場合の構成例を示す。
FIG. 5 is a schematic diagram showing another hardware configuration example of the
図5を参照して、汎用ロボット200Bは、1または複数のモータおよびドライブ回路(図示しない)が組み込まれており、汎用ロボット200Bの目標軌道が指示されると、指示された目標軌道に応じて1または複数のモータを駆動する。
With reference to FIG. 5, the general-
図4に示すカスタムロボット200Aを駆動する場合には、軸または関節に対応するドライブ回路220に対してそれぞれ指令値を与える必要があるのに対して、図5に示す汎用ロボット200Bを駆動する場合には、汎用ロボット200Bの目標軌道を指示するだけでよい。
When driving the
ロボットコントローラ250が提供するロボット200の制御に係る機能については、後述する。
The functions related to the control of the
(c3:操作ペンダント300)
図6は、本実施の形態に係るロボット制御システム1を構成する操作ペンダント300のハードウェア構成例を示す模式図である。図6を参照して、操作ペンダント300は、フィールドネットワークコントローラ352と、制御処理回路360と、操作キー群380とを含む。
(C3: Operation pendant 300)
FIG. 6 is a schematic view showing a hardware configuration example of the
フィールドネットワークコントローラ352は、フィールドネットワーク20を介して、主として、制御装置100との間でデータを遣り取りする。フィールドネットワークコントローラ352は、フィールドネットワーク20に接続されたデバイス間で同期状態に維持されるカウンタ353を有している。フィールドネットワークコントローラ352は、通信マスタとして機能する制御装置100に従って動作する、フィールドネットワーク20の通信スレーブとして機能してもよい。
The
制御処理回路360は、プロセッサ362と、メインメモリ366と、ファームウェア370と、インターフェイス回路368とを含む。
The
プロセッサ362は、ファームウェア370を実行することで、操作ペンダント300に必要な処理を実現する。メインメモリ366は、例えば、DRAMやSRAMなどの揮発性記憶装置などで構成される。
The
インターフェイス回路368は、操作キー群380との間で信号を遣り取りする。
操作キー群380は、ユーザ操作を受け付ける入力装置である。操作キー群380は、入力状態を示すインジケータなどを含んでいてもよい。
The
The operation
(c4:サポート装置400)
図7は、本実施の形態に係るロボット制御システム1を構成するサポート装置400のハードウェア構成例を示す模式図である。サポート装置400は、一例として、汎用パソコンを用いて実現されてもよい。
(C4: Support device 400)
FIG. 7 is a schematic view showing a hardware configuration example of the
図7を参照して、サポート装置400は、プロセッサ402と、メインメモリ404と、入力部406と、表示部408と、ストレージ410と、光学ドライブ412と、USBコントローラ420と、通信コントローラ422とを含む。これらのコンポーネントは、プロセッサバス418を介して接続されている。
With reference to FIG. 7, the
プロセッサ402は、CPUやGPUなどで構成され、ストレージ410に格納されたプログラム(一例として、OS4102および開発プログラム4104)を読み出して、メインメモリ404に展開して実行することで、サポート装置400に必要な各種機能を実現する。
The
メインメモリ404は、例えば、DRAMやSRAMなどの揮発性記憶装置などで構成される。ストレージ410は、例えば、HDDやSSDなどの不揮発性記憶装置などで構成される。
The
ストレージ410には、基本的な機能を実現するためのOS4102、および、開発環境を実現するための開発プログラム4104などが格納される。開発環境においては、制御装置100で実行されるプログラムの作成、プログラムのデバッグ、制御装置100の動作に係る設定、制御装置100に接続されるデバイスの動作に対する設定、フィールドネットワーク20に関する設定などが可能になっている。
The
入力部406は、キーボードやマウスなどで構成され、ユーザ操作を受け付ける。表示部408は、ディスプレイや各種インジケータなどで構成され、プロセッサ402による処理結果などを表示する。
The
USBコントローラ420は、USB接続を介して、制御装置100などとの間のデータを遣り取りする。通信コントローラ422は、上位ネットワーク12を介して、任意の情報処理装置との間でデータを遣り取りする。
The
サポート装置400は、光学ドライブ412を有しており、コンピュータ読み取り可能なプログラムを非一過的に格納する記憶媒体414(例えば、DVD(Digital Versatile Disc)などの光学記憶媒体)から、その中に格納されたプログラムが読み取られてストレージ410などにインストールされる。
The
サポート装置400で実行される開発プログラム4104などは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体414を介してインストールされてもよいが、ネットワーク上のサーバ装置などからダウンロードする形でインストールするようにしてもよい。また、本実施の形態に係るサポート装置400が提供する機能は、OS4102が提供するモジュールの一部を利用する形で実現される場合もある。
The
なお、ロボット制御システム1の稼動中において、サポート装置400は、制御装置100から取り外されていてもよい。
The
(c5:表示装置500)
本実施の形態に係るロボット制御システム1を構成する表示装置500は、一例として、汎用パソコンを用いて実現されてもよい。表示装置500の基本的なハードウェア構成例は、図7に示すサポート装置400のハードウェア構成例と同様であるので、ここでは詳細な説明は行わない。
(C5: Display device 500)
The
(c6:サーバ装置600)
本実施の形態に係るロボット制御システム1を構成するサーバ装置600は、一例として汎用パソコンを用いて実現されてもよい。サーバ装置600の基本的なハードウェア構成例は、図7に示すサポート装置400のハードウェア構成例と同様であるので、ここでは詳細な説明は行わない。
(C6: Server device 600)
The
(c7:その他の形態)
図3〜図7には、1または複数のプロセッサがプログラムを実行することで必要な機能が提供される構成例を示したが、これらの提供される機能の一部または全部を、専用のハードウェア回路(例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)またはFPGA(Field-Programmable Gate Array)など)を用いて実装してもよい。
(C7: Other forms)
FIGS. 3 to 7 show configuration examples in which necessary functions are provided by executing a program by one or more processors, and some or all of these provided functions are provided by dedicated hardware. It may be implemented using a hardware circuit (for example, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or FPGA (Field-Programmable Gate Array)).
制御装置100の主要部を、汎用的なアーキテクチャに従うハードウェア(例えば、汎用パソコンをベースとした産業用パソコン)を用いて実現してもよい。この場合には、仮想化技術を用いて、用途の異なる複数のOSを並列的に実行させるとともに、各OS上で必要なアプリケーションを実行させるようにしてもよい。さらに、制御装置100にサポート装置400や表示装置500などの機能を統合した構成を採用してもよい。
The main part of the
<D.機能構成例>
ロボット200を制御するための機能構成の一例について説明する。
<D. Function configuration example>
An example of the functional configuration for controlling the
図8は、本実施の形態に係るロボット制御システム1におけるロボット200の挙動を制御するための機能構成の一例を示す模式図である。図8を参照して、制御装置100と1または複数のロボットコントローラ250との間で、ロボット200を制御するためのコマンド146などが遣り取りされる。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a functional configuration for controlling the behavior of the
制御装置100は、IECプログラム実行エンジン150と、ロボットプログラム実行エンジン152と、通信制御モジュール160と、通信ドライバ162と、外部通信インターフェイス164とを含む。これらのエレメントは、典型的には、制御装置100のプロセッサ102がシステムプログラム1102を実行することで実現してもよい。
The
IECプログラム実行エンジン150(第2のプログラム実行部)は、IECプログラム1104を実行することで、ロボットコントローラ250に与える出力値142を周期的に生成する。より具体的には、IECプログラム実行エンジン150は、IECプログラム1104を所定の制御周期毎にサイクリック実行する。制御装置100の制御周期としては、典型的には、数百μsec〜数100msec程度が想定される。IECプログラム実行エンジン150は、IECプログラム1104の実行に従って、内部コマンド(例えば、コマンド146の送信開始および送信停止など)をロボットプログラム実行エンジン152へ出力し、および/または、ロボットプログラム実行エンジン152から状態値(例えば、ロボットプログラム実行エンジン152が実行しているロボットプログラム1108の状態など)を取得する。
The IEC program execution engine 150 (second program execution unit) periodically generates an
ロボットプログラム実行エンジン152(第1のプログラム実行部)は、ロボットプログラム1108を実行することで、ロボット200の挙動を指示するコマンド146を生成する。すなわち、ロボットプログラム実行エンジン152は、ロボットプログラム1108を逐次実行して、1または複数のロボットコントローラ250に対して、ロボット200を制御するためのコマンド146などを送信する。より具体的には、ロボットプログラム実行エンジン152は、ロボットプログラム解釈モジュール154と、コマンド生成モジュール156とを含む。
The robot program execution engine 152 (first program execution unit) executes the
ロボットプログラム解釈モジュール154は、ロボットプログラム1108を順次読み込んでパースし、パースにより得られた内部コマンドをコマンド生成モジュール156へ出力する。ロボットプログラム解釈モジュール154は、ロボットプログラム1108に含まれるプログラミング言語により記述されたロボット200の挙動に係る命令に加えて、信号の入出力、ファイルアクセスおよび通信に係る命令も解釈できる。
The robot
ロボットプログラム解釈モジュール154によるロボットプログラム1108の読み込み開始や停止などは、コマンド生成モジュール156により制御されてもよい。
The start and stop of reading the
コマンド生成モジュール156は、ロボットプログラム解釈モジュール154からの内部コマンドに従って、ロボットコントローラ250の各々に対するコマンド146を生成する。
The
コマンド生成モジュール156は、接続されている1または複数のロボットコントローラ250のホストとして機能する。より具体的には、コマンド生成モジュール156は、IECプログラム実行エンジン150との間で遣り取りされる内部コマンド、および/または、外部通信インターフェイス164を介してサポート装置400との間で遣り取りされる内部コマンドに応じて、ロボットプログラム解釈モジュール154でのロボットプログラム1108の実行の開始および停止を制御するとともに、ロボットコントローラ250に対するコマンド146の生成の開始および停止を制御する。
The
コマンド生成モジュール156は、ロボットコントローラ250から状態値およびエラーなどの情報を収集するようにしてもよい。
The
説明の便宜上、ロボットプログラム解釈モジュール154と、コマンド生成モジュール156とを分離した構成例を示すが、これらのモジュールを分離することなく、一体的に実装してもよい。
For convenience of explanation, a configuration example in which the robot
通信制御モジュール160および通信ドライバ162は、コマンド146をロボットコントローラ250へ送信する通信部に相当する。通信制御モジュール160および通信ドライバ162は、IECプログラム実行エンジン150からの出力値142およびロボットプログラム実行エンジン152からのコマンド146をロボットコントローラ250へ送信する。
The
通信制御モジュール160は、接続されている1または複数のロボットコントローラ250との間のデータの遣り取りを管理する。通信制御モジュール160は、接続されているロボットコントローラ250毎にデータ通信を管理する通信インスタンスを生成し、生成した通信インスタンスを用いてデータ通信を管理するようにしてもよい。
The
通信ドライバ162は、フィールドネットワークコントローラ108(図3参照)を利用して、接続されている1または複数のロボットコントローラ250との間でデータ通信を行う内部インターフェイスである。
The
ロボットコントローラ250の各々は、通信制御モジュール280と、通信ドライバ282と、ロボット駆動エンジン284と、信号出力ドライバ292とを含む。これらのエレメントは、典型的には、ロボットコントローラ250のプロセッサ262(制御処理回路260)がロボットシステムプログラム2702を実行することで実現してもよい。
Each of the
通信制御モジュール280は、接続されている制御装置100との間のデータの遣り取りを管理する。通信制御モジュール280は、接続されている制御装置100との間でデータ通信を管理する通信インスタンスを生成し、生成した通信インスタンスを用いてデータ通信を管理するようにしてもよい。
The
通信ドライバ282は、フィールドネットワークコントローラ252(図4参照)を利用して、接続されている制御装置100との間でデータ通信を行う内部インターフェイスである。
The
ロボット駆動エンジン284は、制御装置100からのコマンド146に従って、制御対象のロボット200(含:カスタムロボット200Aおよび/または汎用ロボット200B)を駆動するための処理を実行する。より具体的には、ロボット駆動エンジン284は、管理モジュール286と、目標軌道生成モジュール288と、指令値生成モジュール290とを含む。
The
管理モジュール286は、制御装置100からの出力値142に従って処理を実行する処理実行部に相当する。より具体的には、管理モジュール286は、制御装置100からの出力値142に従って、制御モードや、コマンド146から目標軌道の生成の開始/終了などを管理する。
The
目標軌道生成モジュール288(目標軌道生成部)は、制御装置100からのコマンド146に従って、制御対象のロボット200(含:カスタムロボット200Aおよび/または汎用ロボット200B)の目標軌道を生成する。生成される目標軌道は、典型的には、ロボット200の先端部の時間毎の位置(時間に対する位置の変化)、および/または、ロボット200の先端部の時間毎の速度(時間に対する速度の変化)などを含む。
The target trajectory generation module 288 (target trajectory generation unit) generates a target trajectory of the
目標軌道生成モジュール288は、生成する目標軌道を指令値生成モジュール290へ出力してもよいし(典型的には、図4に示すカスタムロボット200Aを駆動する場合)、信号出力ドライバ292を介してロボット200へ直接出力してもよい(典型的には、図5に示す汎用ロボット200Bを駆動する場合)。
The target
指令値生成モジュール290は、制御装置100からのコマンド146に従って、ロボット200を駆動するための指令値を順次生成する。より具体的には、指令値生成モジュール290は、目標軌道生成モジュール288により生成される目標軌道に従って、制御対象のロボット200を構成するそれぞれのモータ230に対する指令値を順次生成する。指令値生成モジュール290は、指令値を所定の制御周期毎または所定のイベント毎に更新してもよい。
The command
ロボットコントローラ250の目標軌道生成モジュール288の制御周期としては、典型的には、制御装置100の制御周期と同程度の数百μsec〜数100msec程度が想定される。一方、ロボットコントローラ250の指令値生成モジュール290の制御周期は、目標軌道生成モジュール288の制御周期より高速である(例えば、数〜10数倍程度)ことが想定される。
The control cycle of the target
より具体的には、指令値生成モジュール290は、制御対象のロボット200のキネマティクスに基づいて、目標軌道に沿ってロボット200を駆動するためのモータ230に与えるそれぞれの指令値を算出する。指令値生成モジュール290は、モータ230に与える指令値として、目標位置(時間に対する位置/角度の変化)、目標速度(時間に対する速度/角速度の変化)、目標加速度(時間に対する加速度/角加速度の変化)、および/または、目標加速度(時間に対する加加速度/角加加速度の変化)などを算出する。
More specifically, the command
ロボット駆動エンジン284は、設定情報2704(図4参照)を参照して、目標軌道および/または指令値を算出するのに必要なパラメータを取得してもよい。
The robot-driven
説明の便宜上、目標軌道生成モジュール288と、指令値生成モジュール290とを分離した構成例を示すが、これらのモジュールを分離することなく、一体的に実装してもよい。
For convenience of explanation, a configuration example in which the target
信号出力ドライバ292は、インターフェイス回路268(図4参照)を利用して、指令値および/または目標軌道を、接続されている1または複数のドライブ回路220および/またはロボット200へ出力するための内部インターフェイスである。
The
図9は、本実施の形態に係るロボット制御システム1におけるロボット200の挙動を制御するためのデータ処理を概略する模式図である。図9を参照して、制御装置100のロボットプログラム実行エンジン152には、所定のプログラミング言語で記述されたロボットプログラム1108が入力される。
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating data processing for controlling the behavior of the
例えば、同一の生産ラインに複数のロボット200が配置されており、それぞれのロボット200が異なる作業を行うような生産設備においては、ロボットプログラム実行エンジン152には、ロボット200毎に異なるロボットプログラム1108が入力される。また、複数の同一の生産ラインが並列して配置されるとともに、それぞれの生産ラインに同一の作業を行うロボット200が配置されているような生産設備においては、ロボットプログラム実行エンジン152には、共通のロボットプログラム1108が入力されてもよい。但し、生成されるコマンド146は、ロボットコントローラ250へそれぞれ独立して送信されてもよい。
For example, in a production facility in which a plurality of
また、ロボットプログラム実行エンジン152には、異なるプログラミング言語(例えば、V+言語およびGコード)で記述された複数のロボットプログラム1108が入力されてもよい。ロボットプログラム実行エンジン152は、異なるプログラミング言語で記述されたロボットプログラム1108が入力された場合であっても、共通のコマンド体系に従って記述されたコマンド146を生成できる。
Further, a plurality of
このように、ロボットプログラム実行エンジン152は、複数のプログラミング言語を解釈可能に構成されてもよい。この場合、ロボットプログラム実行エンジン152は、プログラミング言語に依存することなく、予め定められたコマンド体系に従うコマンド146を生成するようにしてもよい。
In this way, the robot
ロボットプログラム実行エンジン152(ロボットプログラム解釈モジュール154)は、入力されたロボットプログラム1108を解釈して内部コマンドを生成する。さらに、ロボットプログラム実行エンジン152(コマンド生成モジュール156)は、生成した内部コマンドに従って、ロボット200の挙動を制御するためのコマンド146を生成する。
The robot program execution engine 152 (robot program interpretation module 154) interprets the
なお、コマンド146は、接続されている1または複数のロボットコントローラ250に対してそれぞれ生成されてもよい。生成されたコマンド146は、フィールドネットワーク20(図2参照)を介して、対応するロボットコントローラ250へ送信される。
The
ロボットコントローラ250の目標軌道生成モジュール288は、制御装置100からのコマンド146に従って、目標軌道を生成する。生成される目標軌道は、そのまま汎用ロボット200Bへ出力されてもよい。すなわち、ロボットコントローラ250は、目標軌道を外部出力してもよい。
The target
一方、ロボットコントローラ250の指令値生成モジュール290は、生成される目標軌道に従って、制御対象のロボット200を構成するそれぞれのモータ230に対する指令値を生成する。
On the other hand, the command
なお、コマンド146を規定するコマンド体系としては、任意のものを採用できる。コマンド146の生成に係る処理を低減する観点からは、ロボットプログラム1108に記述される命令から容易に生成できるコマンド群を採用することが好ましい。
Any command system can be adopted as the command system for defining the
図9に示すように、本実施の形態に係るロボット制御システム1において、制御装置100は、1または複数のロボットプログラム1108からコマンド146を生成する。ロボットコントローラ250は、生成されるコマンド146に従って、制御対象のロボット200を駆動する。
As shown in FIG. 9, in the
<E.制御装置100で実行される処理>
上述したように、ロボットプログラム1108は、ロボット200の挙動を制御するためのプログラムである。但し、ロボット200の挙動を制御するためには、例えば、ロボット200の動作を開始/停止するタイミング、ロボット200を動作させるための条件(例えば、前工程あるいは後工程にある設備との連係)、ロボット200に係るセーフティ条件などを制御する必要もある。
<E. Processing executed by the
As described above, the
そこで、制御装置100においては、ロボットプログラム1108だけではなく、IECプログラム1104も並列的に実行できるようにしてもよい。IECプログラム1104は、ロボット200の動作に係る状態値を収集して、ロボット200の動作を開始/停止するタイミングを決定するロジックなどを含んでいてもよい。
Therefore, in the
図10は、本実施の形態に係るロボット制御システム1を構成する制御装置100で実行されるIECプログラム1104およびロボットプログラム1108の一例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing an example of an
図10(A)には、ラダー・ダイアグラム(LD言語)で記述されたIECプログラム1104の例を示す。図10(A)に示すIECプログラム1104の例は、制御対象のロボット200の電源を投入する処理、および、制御対象のロボット200のキャリブレーションを実行する処理に関する命令を含む。
FIG. 10A shows an example of the
なお、図10(A)に示すように、IECプログラム1104は、ファンクションブロックを要素として含んでいてもよい。さらに、IECプログラム1104は、ストラクチャード・テキスト(ST言語)で記述されたコードを含んでいてもよい。
As shown in FIG. 10A, the
図10(B)には、V+言語で記述されたロボットプログラム1108の例を示す。図10(B)に示すように、V+言語は、ロボット200の挙動を制御するための一種の高級言語である。
FIG. 10B shows an example of a
次に、制御装置100におけるIECプログラム1104およびロボットプログラム1108の並列実行について説明する。
Next, parallel execution of the
図11は、本実施の形態に係るロボット制御システム1を構成する制御装置100におけるプログラムの実行例を示すタイムチャートである。図11に示すように、制御装置100においては、IECプログラム実行エンジン150ならびにロボットプログラム実行エンジン152(ロボットプログラム解釈モジュール154およびコマンド生成モジュール156)がそれぞれ処理を独立して実行する。
FIG. 11 is a time chart showing an execution example of a program in the
IECプログラム実行エンジン150は、IECプログラム1104を予め定められた制御周期T1毎にサイクリック実行(繰り返し実行)する。IECプログラム1104のサイクリック実行は、出力更新処理1502および入力更新処理1504を含む。
The IEC
出力更新処理1502は、IECプログラム1104の実行により決定された出力値142を、内部変数および/または対象のデバイスに反映する処理を含む。特に、フィールドネットワーク20を介して接続されているデバイスに対する出力値142は、通信フレームに格納されてフィールドネットワーク20上に送出される。
The
入力更新処理1504は、IECプログラム1104の実行に必要な入力値144(状態値)を、内部変数および/または対象のデバイスから取得する処理を含む。特に、フィールドネットワーク20を介して接続されているデバイスからの入力値144は、フィールドネットワーク20上を伝搬する通信フレームから取得される。
The
通信制御モジュール160は、制御周期T1に同期して、フィールドネットワーク20上に通信フレームを送出するとともに、フィールドネットワーク20上を巡回して戻ってきた通信フレームを受信する。通信制御モジュール160は、IECプログラム実行エンジン150により生成された出力値142、および/または、およびコマンド生成モジュール156により生成されたコマンド146を、通信フレームに格納するとともに、戻ってきた通信フレームに含まれる入力値144(状態値)をIECプログラム実行エンジン150およびコマンド生成モジュール156が参照できるように保持する。
The
コマンド生成モジュール156は、ロボットプログラム解釈モジュール154からの内部コマンドに従ってコマンド146を生成する。典型的には、コマンド生成モジュール156がコマンド146を生成するタイミングは、IECプログラム実行エンジン150からの出力値142によって決定される。図11に示す例では、IECプログラム実行エンジン150からの出力値142に応答して、IECプログラム実行エンジン150がコマンド146を生成する例を示す。IECプログラム実行エンジン150によるコマンド146の生成は、IECプログラム実行エンジン150の出力更新処理1502のタイミングと同期させてもよい。
The
ロボットプログラム解釈モジュール154は、典型的には、制御周期T1とは独立して、ロボットプログラム1108を実行する。ロボットプログラム解釈モジュール154によるロボットプログラム1108の実行の開始/停止は、コマンド生成モジュール156により制御されてもよい。
The robot
図11に示すように、ロボットプログラム実行エンジン152は、ロボットプログラム1108を逐次実行する。IECプログラム実行エンジン150は、ロボットプログラム実行エンジン152によるロボットプログラム1108の実行とは独立して、IECプログラム1104をサイクリック実行する。
As shown in FIG. 11, the robot
<F.データの遣り取り>
次に、制御装置100と1または複数のロボットコントローラ250との間で遣り取りされるデータについて説明する。
<F. Data exchange>
Next, the data exchanged between the
図12は、本実施の形態に係るロボット制御システム1におけるデータの遣り取りを説明するための図である。図12を参照して、制御装置100とロボットコントローラ250の各々との間では、フィールドネットワーク20を介して、出力値142、入力値144およびコマンド146が遣り取りされる。出力値142およびコマンド146は、制御装置100からロボットコントローラ250へ送信され、入力値144は、ロボットコントローラ250から制御装置100へ送信される。
FIG. 12 is a diagram for explaining the exchange of data in the
基本的には、出力値142、入力値144およびコマンド146は、ロボットコントローラ250毎に互いに独立したデータである。そのため、制御装置100に接続されるロボット200(ロボットコントローラ250)が多くなるほど、より多くの通信リソースが必要になる。
Basically, the
一方で、フィールドネットワーク20の伝送容量には制限がある。そのため、制御装置100に接続されるロボット200の台数が多くなり、許容される伝送容量に到達すると、それ以上のロボット200を接続できなくなる。
On the other hand, the transmission capacity of the
このように、制御装置100に接続可能なロボット200(ロボットコントローラ250)の数は、フィールドネットワーク20の伝送容量に制限されることになるため、各ロボットコントローラ250に割り当てる通信リソースを最適化することが好ましい。
In this way, the number of robots 200 (robot controllers 250) that can be connected to the
次に、フィールドネットワーク20を介したデータの伝送方法の一例について説明する。フィールドネットワーク20としてEtherCATを採用する場合には、各種情報を格納した通信フレームがデバイス間を周期的に巡回することになる。このような通信フレームを採用することで、フィールドネットワーク20に接続されたデバイス間で同期したデータの遣り取りが可能となる。
Next, an example of a data transmission method via the
図13は、本実施の形態に係るロボット制御システム1で利用される通信フレーム40の一例を示す模式図である。図13を参照して、一例として、通信フレーム40は、フィールドネットワーク20に接続されているデバイス毎(図2に示す構成例においては、ロボットコントローラ250毎)に通信リソース42が割り当てられている。通信リソース42の各々は、出力値領域44および入力値領域46を含む。
FIG. 13 is a schematic diagram showing an example of the
出力値領域44には、制御装置100によりデータが書き込まれ、対応するデバイスによりデータが読み込まれる。より具体的には、出力値領域44には、制御装置100(IECプログラム実行エンジン150)により生成される出力値142、および/または、制御装置100(ロボットプログラム実行エンジン152)により生成されるコマンド146が格納される。
Data is written in the
入力値領域46には、対応するデバイスによりデータが書き込まれ、制御装置100によりデータが読み込まれる。より具体的には、入力値領域46には、ロボットコントローラ250の各々が有している情報(例えば、ロボット200の駆動に係る状態値)が書き込まれる。ロボット200の駆動に係る状態値の一例としては、対象のロボット200の先端部および各軸の現在位置、速度実績、加速度実績、トルク実績などを含む。このように、ロボットコントローラ250の通信部は、入力値領域46を用いて、ロボット200の駆動に係る状態値を制御装置100へ送信する。
Data is written in the
図13に示される通信フレーム40を介して、制御装置100と1または複数のロボットコントローラ250との間で、データが遣り取りされる。
Data is exchanged between the
<G.通信リソース設定機能>
次に、制御装置100と1または複数のロボットコントローラ250との間でデータを遣り取りするための通信リソースの設定および管理に関するいくつかの方法について説明する。すなわち、ロボットコントローラ250の各々に通信リソースを割り当てる処理(図1に示す通信リソース設定機能30に相当)のいくつかの具体例について説明する。
<G. Communication resource setting function>
Next, some methods relating to the setting and management of communication resources for exchanging data between the
(g1:通信マスタへの事前設定)
図2に示す構成例において、制御装置100のフィールドネットワークコントローラ108は、フィールドネットワーク20の通信マスタとして機能する場合を想定する。このような構成において、フィールドネットワーク20に接続される各デバイスへの通信リソースの割り当ては、例えば、制御装置100のフィールドネットワークコントローラ108が、設定情報1106(図3参照)に含まれる割り当て設定に従って行うようにしてもよい。すなわち、制御装置100のフィールドネットワークコントローラ108が通信リソース設定機能30を実現してもよい。
(G1: Pre-setting to the communication master)
In the configuration example shown in FIG. 2, it is assumed that the
図14は、本実施の形態に係るロボット制御システム1において用いられる設定情報1106に含まれる割り当て設定60の一例を示す図である。図14を参照して、設定情報1106は、割り当てられる各通信リソースに対応するエントリを有している。各エントリは、割り当てられる通信リソースの先頭アドレス61と、最終アドレス62と、割り当て先デバイスの識別情報63と、利用種別64とを含む。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the allocation setting 60 included in the setting
先頭アドレス61および最終アドレス62は、1つの通信フレーム40に格納可能なデータサイズに割り当てられたアドレスを用いて規定される。各エントリの先頭アドレス61から最終アドレス62までの領域が1つの独立した通信リソースとして割り当てられる。各通信リソースは、識別情報63により特定されるデバイスに割り当てられるとともに、対応する利用種別64により、出力値142(あるいは、コマンド146)を格納する領域および入力値144を格納する領域のいずれであるかが決定される。
The
このように、予め定められた割り当て設定60を用いて、フィールドネットワーク20の通信マスタ(制御装置100)が各デバイスに対する通信リソースの割り当てを決定してもよい。すなわち、通信リソース設定機能30は、通信マスタである制御装置100のフィールドネットワークコントローラ108に実装されてもよい。通信リソース設定機能30は、予め定められた割り当て設定60に従って、ロボットコントローラ250の各々に割り当てる通信リソースを決定する。
In this way, the communication master (control device 100) of the
(g2:割り当てパターンを利用した通信リソースの設定)
上述の図14に示すような明示的な割り当て設定に代えて、割り当てパターンを利用して、通信リソースを設定してもよい。
(G2: Communication resource setting using allocation pattern)
Instead of the explicit allocation setting as shown in FIG. 14 above, the communication resource may be set by using the allocation pattern.
図15は、本実施の形態に係るロボット制御システム1において用いられる割り当てパターンを利用した通信リソースの設定を説明するための図である。図15を参照して、設定情報1106は、アドレス毎に接続されたデバイス種別を示す接続情報70と、デバイス毎に割り当てられる通信リソースを示す割り当てパターン75とを含む。
FIG. 15 is a diagram for explaining the setting of communication resources using the allocation pattern used in the
接続情報70は、フィールドネットワーク20に接続されるデバイス毎に接続されているデバイスを示す情報を含む。より具体的には、接続情報70は、アドレスに対応するエントリを有している。各エントリは、アドレス71と、デバイス種別72とを含む。アドレス71は、フィールドネットワーク20上でユニークに規定される識別情報である。デバイス種別72は、接続されているデバイスの種別を示す。
The
割り当てパターン75は、デバイス毎に割り当てられる通信リソースの情報を含む。より具体的には、割り当てパターン75は、各デバイスに対応する通信リソースを示すエントリを有している。各エントリは、デバイス種別76と、出力値またはコマンドを格納する出力値領域のデータサイズ77と、入力値を格納する入力値領域のデータサイズ78とを含む。
The
フィールドネットワーク20の通信マスタ(図2に示す制御装置100のフィールドネットワークコントローラ108)は、接続情報70と割り当てパターン75とに基づいて、通信リソースの割り当てを決定する。より具体的には、接続情報70を参照して、フィールドネットワーク20に接続されているデバイスの種別および数を特定した上で、割り当てパターン75を参照して、デバイス毎に対応するデータサイズを順次割り当てる。以上のような処理によって、通信フレーム40のデータ構造、すなわち通信リソースを決定できる。
The communication master of the field network 20 (
このように、通信リソース設定機能30は、通信マスタである制御装置100のフィールドネットワークコントローラ108に実装されてもよい。通信リソース設定機能30は、接続情報70と割り当てパターン75とに基づいて、ロボットコントローラ250の各々に割り当てる通信リソースを決定する。このとき、通信リソース設定機能30は、接続情報70に規定される、制御装置100とネットワーク接続されたロボットコントローラ250の数に応じて、ロボットコントローラ250の各々に割り当てる通信リソースを決定してもよい。
In this way, the communication
(g3:サポート装置400による事前設定)
各デバイスに対する通信リソースの設定をユーザが容易に設定できる仕組みを提供してもよい。典型的には、制御装置100に接続されるサポート装置400が通信リソースの設定を行なうためのユーザインターフェイス画面を提供するようにしてもよい。
(G3: preset by support device 400)
A mechanism may be provided that allows the user to easily set the communication resource settings for each device. Typically, the
図16は、本実施の形態に係るロボット制御システム1においてサポート装置400を用いた通信リソースの設定を説明するための図である。図16を参照して、サポート装置400は設定画面450を提供する。図16に示される設定画面450は、典型的には、サポート装置400のプロセッサ402が開発プログラム4104を実行することで、提供される。
FIG. 16 is a diagram for explaining the setting of communication resources using the
ユーザは、設定画面450上で各種設定を行うことで、設定情報1106が生成される。設定情報1106は、制御装置100へ転送される。それによって、通信フレーム40のデータ構造、すなわち通信リソースが決定される。
The user makes various settings on the
より具体的には、設定画面450は、フィールドネットワーク20に接続されるロボット200(ロボットコントローラ250)を登録するための設定フィールド452を含む。ユーザは、設定画面450の設定フィールド452に対して、ロボット制御システム1に含まれるロボット200(ロボットコントローラ250)を特定するための情報を入力する。
More specifically, the
サポート装置400は、設定画面450に設定された情報に基づいて、設定情報1106を生成する。設定情報1106は、図14に示される割り当て設定60などを含んでいてもよい。
The
フィールドネットワーク20の通信マスタ(図2に示す制御装置100のフィールドネットワークコントローラ108)は、サポート装置400により生成される設定情報1106を参照して、通信フレーム40のデータ構造、すなわち通信リソースを決定する。
The communication master of the field network 20 (
このように、ユーザ操作に応じて、通信リソース設定機能30による通信リソースの割り当てに係る設定を決定するための外部装置の一例であるサポート装置400をさらに用意してもよい。
As described above, the
上述したように、フィールドネットワーク20の伝送容量には制限があるので、フィールドネットワーク20に接続されるロボット200(ロボットコントローラ250)が多くなりすぎると、通信リソースを適切に設定できない。その場合には、別の対処をユーザに選択させるためのユーザインターフェイス画面が提供されてもよい。
As described above, since the transmission capacity of the
図17は、本実施の形態に係るロボット制御システム1において通信リソースを適切に設定できない場合の手順を説明するための図である。図16に示す設定画面450に対して、制限を超えるロボット200(ロボットコントローラ250)が設定された場合には、サポート装置400は、図17に示すような設定画面460を提供する。
FIG. 17 is a diagram for explaining a procedure when the communication resource cannot be appropriately set in the
図17に示される設定画面460は、典型的には、サポート装置400のプロセッサ402が開発プログラム4104を実行することで、提供される。
The
設定画面460においては、設定されたロボット200(ロボットコントローラ250)の数が制限を超えていること通知するメッセージとともに、選択肢として、接続台数の変更操作を指示するボタン462と、ロボット200の応答速度の変更操作を指示するボタン464とを含む。
On the
ユーザがボタン462を選択すると、サポート装置400は、図16に示すような設定画面450を表示し、ユーザは、制限内となるように接続されるロボット200の台数を変更する。
When the user selects the
一方、ユーザがボタン464を選択すると、フィールドネットワーク20を伝搬する通信フレーム40のデータサイズが拡大されてもよい。但し、通信フレーム40のデータサイズが拡大される場合には、通信フレーム40がフィールドネットワーク20を循環する周期は長くなる。そのため、制御装置100と各デバイスとの間でデータが更新される周期は相対的に長くなる。
On the other hand, when the user selects the
このように、通信リソース設定機能30は、フィールドネットワーク20上を伝送する通信フレーム40の長さを異ならせることで、通信リソースの大きさを調整してもよいし、フィールドネットワーク20上を伝送する通信フレーム40の通信周期を異ならせることで、通信リソースの大きさを調整してもよい。
In this way, the communication
あるいは、ユーザがボタン464を選択すると、通信フレーム40全体のデータサイズを維持したまま。各デバイスに割り当てられるデータサイズを縮小するようにしてもよい。この場合には、1つの通信フレーム40が伝搬できるデータサイズが小さくなるので、例えば、コマンド146を特定のデバイスに送信するにあたって、複数の通信フレーム40に分割して送信するようにしてもよい。
Alternatively, when the user selects
例えば、制御装置100からロボットコントローラ250には、事前にコマンド146が送信されるため、ある程度のコマンド146の送信遅延は許容される。そのため、1つのコマンド146を複数の通信フレーム40を用いて送信しても、ロボット200を制御上での問題は少ない。
For example, since the
図18は、本実施の形態に係るロボット制御システム1においてコマンド146を複数の通信フレーム40に分割して送信する処理例を説明するための図である。図18を参照して、コマンド146のデータ列を出力値領域44に収まるサイズに分割し、時間的に連続する複数の通信フレーム40にそれぞれ格納する。
FIG. 18 is a diagram for explaining a processing example in which the
図18に示す例では、コマンド146が3つの通信フレーム40を用いて送信される例を示す。ロボットコントローラ250は、複数の通信フレーム40からそれぞれ分割されたデータを取得して結合することで、コマンド146を復元する。
In the example shown in FIG. 18, a
このように、必要に応じて、複数の通信フレーム40を用いてコマンド146を分割して送信する機能を採用することで、1つの通信フレーム40において各デバイスに割り当てられるデータサイズが相対的に小さい場合であっても、対象のロボットコントローラ250へコマンド146を送信できる。
In this way, by adopting the function of dividing and transmitting the
(g4:動的設定)
上述の説明においては、通信リソースを静的に設定する場合について説明したが、通信リソースを動的に設定あるいは変更するようにしてもよい。以下、通信リソースの動的設定の一例について説明する。
(G4: Dynamic setting)
In the above description, the case where the communication resource is set statically has been described, but the communication resource may be dynamically set or changed. An example of dynamic setting of communication resources will be described below.
例えば、ロボット制御システム1に含まれるいずれかのロボット200をチューニングあるいは初期化するような局面、または、いずれのロボット200を集中的に監視するような局面も想定される。このような局面においては、対象のロボット200の先端部および各軸の位置などを制御周期毎に収集することが好ましく、一時的により多くの通信リソースを割り当てるようにしてもよい。
For example, a phase in which any
図19は、本実施の形態に係るロボット制御システム1における通信リソースの動的設定の一例を説明するための図である。図19を参照して、通信フレーム40に予備リソース48を含めるとともに、予備リソース48をフィールドネットワーク20に接続された任意のデバイスが利用できるようにしてもよい。図19には、予備リソース48の一部が、入力値領域としてアドレス「001」のデバイスに割り当てられている例を示す。
FIG. 19 is a diagram for explaining an example of dynamic setting of communication resources in the
図20は、本実施の形態に係るロボット制御システム1における通信リソースの動的設定の別の一例を説明するための図である。図20を参照して、通信フレーム40に予備リソース48を含めるとともに、予備リソース48をバッファとして、出力値領域44および入力値領域46のデータサイズを動的に変更するようにしてもよい。図20には、アドレス「001」のデバイスに割り当てられている通信リソース42のうち、入力値領域46のデータサイズを拡大する例を示す。入力値領域46は、予備リソース48のデータサイズまでは拡大することができる。
FIG. 20 is a diagram for explaining another example of dynamic setting of communication resources in the
図19および図20に示すように、特定のデバイスから状態値などの入力値を一時的に収集する必要がある場合などにおいて、フィールドネットワーク20の通信マスタ(制御装置100)が通信リソースの設定を変更するようにしてもよい。
As shown in FIGS. 19 and 20, when it is necessary to temporarily collect input values such as state values from a specific device, the communication master (control device 100) of the
なお、図19および図20には、特定のデバイスに対する通信リソースを変更する例を示すが、複数のデバイスに対して同時に通信リソースを変更するようにしてもよい。また、図19および図20には、入力値領域46のデータサイズを変更する例を示すが、出力値領域44のデータサイズを変更してもよいし、出力値領域44および入力値領域46の両方のデータサイズを変更してもよい。
Although FIGS. 19 and 20 show an example of changing the communication resource for a specific device, the communication resource may be changed for a plurality of devices at the same time. Further, although FIGS. 19 and 20 show an example of changing the data size of the
さらに、図19および図20には、通信フレーム40内に予備リソース48を設けた例を示すが、予備リソース48を設けることなく、状況に応じて、各デバイスに割り当てる通信待機を動的に変更するようにしてもよい。
Further, FIGS. 19 and 20 show an example in which the
上述の図19および図20に示すような通信リソースの動的設定を実現するためには、通信リソース設定機能30は、通信マスタである制御装置100のフィールドネットワークコントローラ108に実装されてもよい。そして、いずれかのロボットコントローラ250が保持管理する変数(状態値)に基づいて、通信リソースを適宜切り替えてもよい。このように、通信リソース設定機能30は、1または複数のロボットコントローラ250のうち少なくとも1つの動作状態に応じて、ロボットコントローラ250の各々に割り当てる通信リソースを決定してもよい。
In order to realize the dynamic setting of the communication resource as shown in FIGS. 19 and 20 described above, the communication
<H.付記>
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。
<H. Addendum>
The present embodiment as described above includes the following technical ideas.
[構成1]
ロボット制御システム(1)であって、
第1の通信部(108,160,162)を有する第1の制御装置(100)と、
前記第1の制御装置とネットワーク接続された、1または複数の第2の制御装置(250)とを備え、
前記第2の制御装置の各々は、
各々に割り当てられたネットワーク(20)の通信リソースを用いて、前記第1の制御装置の前記第1の通信部との間でデータを遣り取りする第2の通信部(252,280,282)と、
前記第1の制御装置からのコマンド(146)に従って、ロボット(200)を駆動するための指令値を順次生成する指令値生成部(290)とを備え、
前記ロボット制御システムは、前記第2の制御装置の各々に前記通信リソースを割り当てる通信リソース設定部(30)を備える、ロボット制御システム。
[Structure 1]
Robot control system (1)
A first control device (100) having a first communication unit (108, 160, 162) and
The first control device is provided with one or more second control devices (250) connected to a network.
Each of the second control devices
With the second communication unit (252, 280, 282) that exchanges data with the first communication unit of the first control device using the communication resources of the network (20) assigned to each. ,
A command value generation unit (290) for sequentially generating command values for driving the robot (200) according to a command (146) from the first control device is provided.
The robot control system is a robot control system including a communication resource setting unit (30) that allocates the communication resource to each of the second control devices.
[構成2]
前記通信リソース設定部は、予め定められた割り当て設定(60)に従って、前記第2の制御装置の各々に割り当てる通信リソースを決定する、構成1に記載のロボット制御システム。
[Structure 2]
The robot control system according to
[構成3]
前記通信リソース設定部は、前記第1の制御装置とネットワーク接続された前記第2の制御装置の数に応じて、前記第2の制御装置の各々に割り当てる通信リソースを決定する、構成1または2に記載のロボット制御システム。
[Structure 3]
The communication resource setting unit determines the communication resource to be allocated to each of the second control devices according to the number of the second control devices network-connected to the first control device,
[構成4]
前記通信リソース設定部は、前記1または複数の第2の制御装置のうち少なくとも1つの動作状態に応じて、前記第2の制御装置の各々に割り当てる通信リソースを決定する、構成1〜3のいずれか1項に記載のロボット制御システム。
[Structure 4]
The communication resource setting unit determines the communication resource to be allocated to each of the second control devices according to the operating state of at least one of the one or the plurality of second control devices, any of the
[構成5]
前記通信リソース設定部は、前記第1の制御装置の前記第1の通信部に実装される、構成1〜4のいずれか1項に記載のロボット制御システム。
[Structure 5]
The robot control system according to any one of
[構成6]
前記第2の制御装置の前記第2の通信部は、ロボットの駆動に係る状態値を前記第1の制御装置へ送信する、構成1〜5のいずれか1項に記載のロボット制御システム。
[Structure 6]
The robot control system according to any one of
[構成7]
ユーザ操作に応じて、前記通信リソース設定部による通信リソースの割り当てに係る設定を決定するための外部装置(400)をさらに備える、構成1〜6のいずれか1項に記載のロボット制御システム。
[Structure 7]
The robot control system according to any one of
[構成8]
前記通信リソース設定部は、ネットワーク上を伝送する通信フレームの長さを異ならせることで、前記通信リソースの大きさを調整する、構成1〜6のいずれか1項に記載のロボット制御システム。
[Structure 8]
The robot control system according to any one of
[構成9]
前記通信リソース設定部は、ネットワーク上を伝送する通信フレームの通信周期を異ならせることで、前記通信リソースの大きさを調整する、構成1〜6のいずれか1項に記載のロボット制御システム。
[Structure 9]
The robot control system according to any one of
[構成10]
第1の通信部(108,160,162)を有する第1の制御装置(100)と、前記第1の制御装置とネットワーク接続された、1または複数の第2の制御装置(250)とを備えたロボット制御システム(1)における制御方法であって、
前記第2の制御装置の各々にネットワーク(20)の通信リソースを割り当てるステップ(30)と、
前記第2の制御装置の各々が、各々に割り当てられた通信リソースを用いて、前記第1の制御装置との間でデータを遣り取りするステップと、
前記第2の制御装置の各々が、前記第1の制御装置からのコマンドに従って、ロボットを駆動するための指令値を順次生成するステップ(290)とを備える、制御方法。
[Structure 10]
A first control device (100) having a first communication unit (108, 160, 162) and one or more second control devices (250) network-connected to the first control device. It is a control method in the provided robot control system (1).
In the step (30) of allocating the communication resources of the network (20) to each of the second control devices,
A step in which each of the second control devices exchanges data with and from the first control device using the communication resources assigned to each of the second control devices.
A control method comprising a step (290) in which each of the second control devices sequentially generates a command value for driving a robot in accordance with a command from the first control device.
<I.利点>
本実施の形態に係るロボット制御システム1においては、ロボット200を制御するロボットコントローラ250の各々に通信リソースを適切に割り当てることができる。これによって、複数のロボットコントローラ250がフィールドネットワーク20に接続された場合でも、制御性能を維持することができる。
<I. Advantages>
In the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims, not the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 ロボット制御システム、12 上位ネットワーク、20 フィールドネットワーク、30 通信リソース設定機能、40 通信フレーム、42 通信リソース、44 出力値領域、46 入力値領域、48 予備リソース、60 割り当て設定、61 先頭アドレス、62 最終アドレス、63 識別情報、64 利用種別、70 接続情報、71 アドレス、72,76 デバイス種別、75 割り当てパターン、77,78 データサイズ、100 制御装置、101,251 通信部、102,262,362,402 プロセッサ、104,266,366,404 メインメモリ、106 上位ネットワークコントローラ、108,252,352 フィールドネットワークコントローラ、109,253,353 カウンタ、110,270,410 ストレージ、112 メモリカードインターフェイス、114 メモリカード、116 ローカルバスコントローラ、118,418 プロセッサバス、120,420 USBコントローラ、122 ローカルバス、130 機能ユニット、142 出力値、144 入力値、146 コマンド、150 IECプログラム実行エンジン、152 ロボットプログラム実行エンジン、154 ロボットプログラム解釈モジュール、156 コマンド生成モジュール、160,280 通信制御モジュール、162,282 通信ドライバ、164 外部通信インターフェイス、200 ロボット、200A カスタムロボット、200B 汎用ロボット、210 アーム部、220 ドライブ回路、230 モータ、250 ロボットコントローラ、260,360 制御処理回路、268,368 インターフェイス回路、284 ロボット駆動エンジン、286 管理モジュール、288 目標軌道生成モジュール、290 指令値生成モジュール、292 信号出力ドライバ、300 操作ペンダント、370 ファームウェア、380 操作キー群、400 サポート装置、406 入力部、408 表示部、412 光学ドライブ、414 記憶媒体、422 通信コントローラ、450,460 設定画面、452 設定フィールド、462,464 ボタン、500 表示装置、600 サーバ装置、1102 システムプログラム、1104 IECプログラム、1106,2704 設定情報、1108 ロボットプログラム、1502 出力更新処理、1504 入力更新処理、2702 ロボットシステムプログラム、4104 開発プログラム、T1 制御周期。 1 Robot control system, 12 Upper network, 20 Field network, 30 Communication resource setting function, 40 Communication frame, 42 Communication resource, 44 Output value area, 46 Input value area, 48 Reserve resource, 60 Allocation setting, 61 Start address, 62 Final address, 63 identification information, 64 usage type, 70 connection information, 71 address, 72,76 device type, 75 allocation pattern, 77,78 data size, 100 controller, 101,251 communication unit, 102,262,362 402 processor, 104,266,366,404 main memory, 106 upper network controller, 108,252,352 field network controller, 109,253,353 counter, 110,270,410 storage, 112 memory card interface, 114 memory card, 116 local bus controller, 118,418 processor bus, 120,420 USB controller, 122 local bus, 130 functional unit, 142 output value, 144 input value, 146 command, 150 IEC program execution engine, 152 robot program execution engine, 154 robot Program interpretation module, 156 command generation module, 160,280 communication control module, 162,282 communication driver, 164 external communication interface, 200 robot, 200A custom robot, 200B general-purpose robot, 210 arm part, 220 drive circuit, 230 motor, 250 Robot controller, 260, 360 control processing circuit, 268, 368 interface circuit, 284 robot drive engine, 286 management program, 288 target trajectory generation module, 290 command value generation module, 292 signal output driver, 300 operation pendant, 370 firmware, 380 Operation keys, 400 support device, 406 input unit, 408 display unit, 412 optical drive, 414 storage medium, 422 communication controller, 450, 460 setting screen, 452 setting field, 462,464 buttons, 500 display device, 600 server equipment, 1102 system program, 1104 IEC program, 1106, 2704 setting information, 1108 robot program, 1502 output update process, 1504 input update process, 2702 robot system program, 4104 development program, T1 control cycle.
Claims (10)
第1の通信部を有する第1の制御装置と、
前記第1の制御装置とネットワーク接続された、1または複数の第2の制御装置とを備え、
前記第2の制御装置の各々は、
各々に割り当てられたネットワークの通信リソースを用いて、前記第1の制御装置の前記第1の通信部との間でデータを遣り取りする第2の通信部と、
前記第1の制御装置からのコマンドに従って、ロボットを駆動するための指令値を順次生成する指令値生成部とを備え、
前記ロボット制御システムは、前記第2の制御装置の各々に前記通信リソースを割り当てる通信リソース設定部を備える、ロボット制御システム。 It ’s a robot control system.
A first control device having a first communication unit and
A network-connected first control device and one or more second control devices are provided.
Each of the second control devices
A second communication unit that exchanges data with the first communication unit of the first control device using the communication resources of the network assigned to each.
It is provided with a command value generation unit that sequentially generates command values for driving the robot according to a command from the first control device.
The robot control system is a robot control system including a communication resource setting unit that allocates the communication resource to each of the second control devices.
前記第2の制御装置の各々にネットワークの通信リソースを割り当てるステップと、
前記第2の制御装置の各々が、各々に割り当てられた通信リソースを用いて、前記第1の制御装置との間でデータを遣り取りするステップと、
前記第2の制御装置の各々が、前記第1の制御装置からのコマンドに従って、ロボットを駆動するための指令値を順次生成するステップとを備える、制御方法。 A control method in a robot control system including a first control device having a first communication unit and one or more second control devices network-connected to the first control device.
A step of allocating network communication resources to each of the second control devices,
A step in which each of the second control devices exchanges data with and from the first control device using the communication resources assigned to each of the second control devices.
A control method, wherein each of the second control devices includes a step of sequentially generating command values for driving a robot in accordance with a command from the first control device.
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